Мировой тренд последних лет: препараты «нового поколения» ученые все чаще ищут в живой природе. У России в этой научной гонке велики шансы выйти в лидеры: такого природного разнообразия, как у нас, нет ни у кого другого. Есть и первые успехи: российские ученые обнаружили вещество, способное помочь в эффективной диагностике раковых опухолей, исследуя моллюсков в Приморье
Моллюск модиолус курильский оказался в центре фармакологических изысканий: в его гемолимфе ученые нашли белок, который позволяет диагностировать некоторые виды рака
Фото: Анастасия Котлярова / пресс-служба ДВФУ
Открытие ждало биологов буквально под ногами. Модиолус курильский — обычный обитатель мелководья в окрестностях Владивостока. Местные плохо отличают его от мидии и частенько употребляют в пищу. Вот его-то и решил изучить второкурсник биофака Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) Андрей Гринченко, который искал новый способ экологического обследования водоемов. «Модиолусы на Дальнем Востоке водятся практически везде. Они постоянно фильтруют воду, а значит, изучая их, можно много узнать и о состоянии акватории»,— объясняет теперь уже аспирант Андрей Гринченко. Все изменилось, когда в ходе этих запланированных наблюдений ученые, исследуя моллюска детально, вдруг обнаружили у него в гемолимфе (эта жидкость заменяет моллюскам кровь) белок, способный всерьез заинтересовать фармакологов. Белок этот из числа лектинов, и в организме модиолуса, судя по всему, используется для защиты от бактерий. У моллюсков лектины — часть иммунной системы, более древний аналог наших антител. Их задача — искать чужеродные молекулы и физически их захватывать.
По части массового производства человек оставляет природу далеко позади. А вот если надо искать новые вещества, приходится по-прежнему обращаться к живой природе
«Лектины распознают определенные структуры углеводов на поверхности клеток. На мембране каждой клетки существуют такие структуры, формирующие ее «портрет». Он меняется в зависимости от состояния клетки. И если она из нормальной становится раковой, «портрет» меняется соответственно. Мы заметили, что у моллюска есть вещество, которое, возможно, распознает определенный тип углеводов, аналогичных тем, что встречаются у некоторых опухолевых клеток»,— рассказывает замдиректора Школы биомедицины, заведующий Лабораторией биомедицинских клеточных технологий ДВФУ Вадим Кумейко.
Добраться до гена
Сам вид рака, который можно опознать с помощью лектинов, выделенных из моллюсков, ученые не называют: открытие пока не запатентовано. Но потенциальное применение белка — в точной лабораторной диагностике. «Есть виды рака, которые крайне сложно отличить друг от друга известными методами, потому что у них очень много форм, которые выглядят совершенно одинаково, но лечатся по-разному. На Западе при некоторых опухолях прописывают коктейль из 12 препаратов — хорошо, если какой-то один поможет, — приводит пример Вадим Кумейко. — А для современной персонифицированной медицины нужно знать точный диагноз».
Уже пять месяцев владивостокские ученые проверяют эффективность нового вещества. Пока все как будто работает. На экране прибора видны подопытные клеточные культуры. Зеленым светятся места, где лектин прикрепился к клеточной мембране опухоли.
В майонезной банке с морской водой всегда держат про запас несколько модиолусов. Время от времени им раздвигают створки скальпелем, вводят иглу и забирают немного гемолимфы.
Но скоро надобность в живых моллюсках отпадет. В соседней лаборатории нужный лектин пытаются выделить и синтезировать. Для этого ученые проверяют геном модиолуса и ищут место, где закодирован белок. Моллюск этот никогда раньше всерьез не интересовал генетиков, поэтому полный геном его пока не расшифрован. Так что задачу решают методом перебора. А когда нужный ген найдут, его встроят в бактерию, которая и будет производить чистый лектин.
Так оно обычно и бывает с медицинскими препаратами природного происхождения. Нужные вещества находят в живой природе, но потом начинают производить уже синтетическим или биохимическим методом. Когда дело касается массового производства, человек оставляет природу далеко позади. А вот если надо искать новые вещества, приходится по-прежнему обращаться к живой природе.
«Последние годы в фармакологии главенствовал подход, когда ученые пытались синтезировать библиотеки искусственных химических соединений и среди них искать новые молекулы. Но выяснилось, что эти библиотеки пока однотипные. Попросту говоря, люди еще не научились создавать такое же разнообразие молекул, какое природа произвела за многие годы эволюции,— рассказывает Вадим Кумейко.— В общем, искусственные библиотеки не оправдали ожиданий. Не нашли в них тех великих лекарств. И вот теперь возник повторный интерес к природным объектам».
Вскрыть кладовую
Биологи из ДВФУ со своим моллюском явно попали в международный тренд. Сейчас ученые всего мира активно ведут поиск новых лекарств от рака именно в живой природе. В принципе, ровно такой подход бытовал полвека назад. Фармакологи собирали образцы в живой природе, делали из них экстракты и массово проверяли их действие на культурах раковых клеток. Только вот современные технологии позволяют делать это намного быстрее, проверяя сотни веществ одновременно.
А дальше у каждой страны собственная специфика. Вьетнамцы исследуют свои тропические растения. В Китае проверяют современными научными методами экстракты и отвары народной медицины. Во Владивостоке особый упор делают на подводные организмы. Во-первых, тут поблизости и теплое Японское море, и холодное Охотское, а значит, морское биоразнообразие особенно велико. А во-вторых, академические институты Приморья еще в советское время собрали огромные коллекции морских растений, грибов и беспозвоночных.
Буквально на днях подопечные Вадима Кумейко начали опыты с молекулами, извлеченными из одного из видов медуз. Так что морские глубины, похоже, оправдывают надежды ученых.
Экспертиза
Новый горизонт
Владимир Катанаев, профессор фармакологии Университета Лозанны, руководитель лаборатории фармакологии природных соединений ДВФУ
Традиционно лекарство от рака в живой природе искали так: проверяли экстракты на культурах раковых клеток в лабораторных условиях, отбирали те, которые их убивали или останавливали рост. Этот подход привел к появлению нескольких важных препаратов. Но ни один из них не обладает специфической активностью против рака — они вредны для всех клеток, просто на раковые действуют сильнее. Современный подход состоит в том, чтобы создать своего рода «волшебную пулю» — препарат, который отличает раковую клетку и, соответственно, не наносит вреда нормальным клеткам.
Мы в нашей лаборатории фокусируемся на исследованиях определенного химического процесса — сигнального каскада Wnt. В норме этот процесс работает в эмбрионах и еще в некоторых случаях, например в женской груди перед лактацией, когда нужно, чтобы выросла дополнительная ткань для производства молока. А когда процесс включается не вовремя, клетки начинают беспорядочно делиться, перерождаться в раковые. «Аналогичный процесс» наблюдается и в случае возникновения рака кишечника и печени..
«Природная аптека» сулит такие горизонты, о которых можно было только мечтать
В наших опытах мы применяем раковые клетки молочной железы, в которых активно работает этот сигнальный каскад, и проверяем на них эффективность разных веществ. Работаем и с синтетическими соединениями, и с природными. Так вот, «природная аптека» сулит такие горизонты, о которых можно было только мечтать. Главное преимущество природных веществ — их колоссальное разнообразие. Мы уже сумели обнаружить интересные активности с экстрактом дальневосточного растения виноградовника. Правда, активный компонент в нем мы пока еще не идентифицировали. Очень интересную активность дали морские звезды офиуры, собранные два года назад экспедицией в районе Курильских островов... Приморье для таких исследований — самое подходящее место; здесь сходятся несколько природных зон, сливаются воды холодных и теплых морей — уникальная по разнообразию кладовая. Раньше, когда люди искали лекарства в природных источниках, круг поиска был ограничен наземными растениями, грибами, бактериями — до морских «доноров» объективно было просто не добраться. Теперь уровень развития технологий позволяет это сделать. И нет сомнений: мы на пороге прорывных достижений.